分析目前高電壓正極材料的研究和技術(shù)現(xiàn)狀
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2020-01-16 17:39
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高壓鋰離子電池的主要材料和技術(shù)現(xiàn)狀
高壓鋰離子電池的性能主要取決于活性材料和電解液的結(jié)構(gòu)和性能。下面分析了高壓陰極材料的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用現(xiàn)狀。
1. 高壓鈷酸鋰材料的研究現(xiàn)狀
目前，鋰鈷氧化物作為一種高壓陽極材料得到了廣泛的研究和應(yīng)用。該結(jié)構(gòu)為非nafeo2型，更適合鋰離子的插入和彈出。氧化鈷鋰的理論能量密度為274mAh/g，生產(chǎn)工藝簡單，電化學(xué)性能穩(wěn)定，市場占有率高。在實(shí)際應(yīng)用中，只有部分鋰離子可以被可逆地嵌入和噴出，實(shí)際能量密度約為167mAh/g(工作電壓為4.35v)。提高工作電壓可以顯著提高能量密度。例如，將工作電壓從4.2v提高到4.35v，可以使能量密度提高16%左右。
但在高電壓鋰離子從材料嵌入和多次使鈷酸鋰的結(jié)構(gòu)從三方晶系、單斜晶系變化,鈷酸鋰材料此時不再有能力嵌入鋰離子,與此同時,松動和脫落的陽極材料的收集流體粒子,導(dǎo)致電池內(nèi)部電阻,電化學(xué)性能變差。
目前，氧化鋰鈷正極材料的改性主要從摻雜和包覆兩個方面提高材料的晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和界面穩(wěn)定性。
電流高電壓對鈷酸鋰材料被用在高能量密度電池,如高端手機(jī)電池制造商越來越高的電池性能的要求,主要體現(xiàn)在需求更高的能量密度,如碳要求4.35 V電池陰極的能量密度大約660 wh / L, 4.4 V的電池已達(dá)到約740 wh / L,這需要陽極材料具有較高的壓實(shí)密度,較高的空體積，以及材料在高壓和高壓下的結(jié)構(gòu)有較好的穩(wěn)定性。但氧化鈷鋰電極材料存在鈷資源匱乏、價格昂貴、鈷離子具有一定毒性等缺點(diǎn)，限制了其在動力電池中的廣泛應(yīng)用。
2. 三元材料的研究現(xiàn)狀
為了減少鈷的含量，提高電池的安全性能，研究人員開始關(guān)注分層的三元高壓材料(LiNixCoyMn1- x-yo2或linixcoyal1-x-yo2)。在這些三元材料中，鎳(Ni)起著提供容量的作用，鈷(Co)可以減少鋰(Li)與鎳的混合，錳(Mn)或鋁(Al)可以提高層狀材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，從而提高電池的安全性能。這種電池主要用于一般的數(shù)字電池，如可充電電池、商用備用電池等，作為鋰鈷氧化物的替代品，以提高電池的價格競爭力，鎳鈷錳比為5:2:3是常見的。
在動力汽車方面，有很多廠家在進(jìn)行試驗(yàn)，提高能量密度的方法，主要是提高單鋰離子電池的工作電壓和增加鎳三種材料的含量，但行業(yè)仍處于發(fā)展階段，沒有批量生產(chǎn)的產(chǎn)品。這主要是因?yàn)槟壳皠恿﹄姵厥紫纫獫M足電池的高安全性、一致性、低成本和長壽命，容量不是首要問題。
三元材料的主要問題是隨著鎳含量的增加，材料的堿度越來越強(qiáng)，對電池制造技術(shù)和環(huán)境的要求越來越高。同時，在循環(huán)過程中，材料的熱穩(wěn)定性下降，氧被釋放，導(dǎo)致材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性惡化。在充電狀態(tài)下，鎳的氧化性較強(qiáng)，對電解液的匹配也提出了更高的要求。因此，三元電極材料在推廣和應(yīng)用上有很大的局限性。
